5G商用組網策略研究

摘要：隨著中國5G牌照的發放，中國的5G商用部署進入關鍵時期，5G網絡建設采用何種部署模式及演進路徑是各運營商需要考慮的首要問題。本文首先介紹了3GPP標準定義的5G網絡架構選項，進一步通過對重點選項的深入研究和對比，在三家運營商5G組網優劣勢分析的基礎上，給出對應的部署策略選擇建議。關鍵詞：5G，NSA，SA一、引言當前，全球5G正在進入商用部署的關鍵期，中國5G產業已具有競爭優勢。2019年6月6日，工業和信息化部向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放了5G商用牌照。這意味著，中國正式進入了5G商用元年。但是三大運營商對5G網絡組網策略的選擇卻存在差異。中國移動在MWC19峰會上宣布，同步推進5G非獨立組網架構（NSA）和獨立組網架構（SA）發展，2019年啟動NSA規模部署，同時加速推進SA端到端產業成熟，實現SA為基礎的目標網。中國電信則表示將優選SA方案組網，通過核心網互操作實現4G/5G網絡協同，SA獨立組網方案來確保用戶體驗和個性化服務，實現真正的5G。中國聯通表示在2019年將進行5G業務規模示范應用及試商用，計劃在2020年正式商用。其5G網絡將以剛剛凍結的SA為目標架構，前期聚焦eMBB，持續保持中國聯通在3G和4G時代的網絡速率優勢。后續中國聯通將結合技術標準和生態系統的發展進程，積極引入uRLLC和mMTC技術，提供車聯網、工業互聯網等垂直行業的數字化轉型支持。可見5G網絡建設采用何種部署模式及演進路徑是各運營商需要考慮的首要問題。本文主要通過對比分析3GPP標準定義5G網絡架構各選項間的不同，給出組網策略選擇建議。二、5G系統網絡架構3GPPTSG-RAN第72次全體大會上，RP-161266提出了12種5G系統整體架構（涉及8類option）[2]，這些架構選項是從核心網和無線角度相結合進行考慮的，部署場景涵蓋了未來全球運營商部署5G商用網絡在不同階段的部署需求[1]。在3GPPTR23.799核心網標準中同樣提到了這8個option[3]，其中option1/option2/option5/option6為SA架構（LTE與5GNR獨立部署架構），option3/option4/option7/option8為NSA架構（LTE與5GNR雙連接部署架構）。其中option2/option3/option4/option5/option7是3GPP標準以及業界重點關注的5G候選組網部署方式，其中option3/option4/option7是在3GPPTR38.801中重點介紹的LTE與NR雙連接的網絡部署架構選項[4]。2.1獨立部署架構（SA）在可選項中，option2和option5都歸屬于獨立部署架構。其中option2是通過部署5GNR（新無線）接入5GC（5G核心網），是SA組網的主流方案。option2與option5對比，兩者的差別是通過NR還是通過eLTE接入5GC，NR需要全新部署，在不依賴于現有4G網絡的情況下同時提供覆蓋和容量，而且能夠實現全部的5G新特性，支持所有5G新功能，新業務，如網絡切片、新型QoS等。但是從零開始、一步到位的部署一張全新網絡勢必帶來初期部署成本較高，站址建設和網絡優化壓力較大的問題，在部署期間與現有LTE網絡間的切換和重選問題也是不可避免。但是盡管如此，option2仍然是5G網絡部署的終極目標架構。相比之下option5通過eLTE接入5GC，能有效利用現有的4G網絡資源逐步向5G網絡演進，但是仍將面臨現網LTE向eLTE的大規模改造，而且eLTE無法支持對于日后5G新特性的升級，具備較高的發展局限性，所以普遍不被運營商看好。2.2非獨立部署架構（NSA）在可選項中，Option3/3a/3x、Option4/4a和Option7/7a/7x都歸屬于非獨立部署架構。Option3/3a/3x和Option7/7a/7x均采用LTE作為控制面錨點，以LTEeNB作為MN（主節點）分別接入EPC或5GC，而NRgNB作為SN（輔節點）僅承擔用戶面轉發功能，適用于5G商用初期及中期，由LTE網路提供連續覆蓋，NR作為熱點覆蓋提高容量。Option4/4a采用NRgNB作為控制面錨點，即作為MN提供連續覆蓋，而LTEeNB作為SN僅承擔用戶面轉發功能，適用于5G商用中期和后期的部署。下面分別針對option3/option7/option4優劣勢進行具體介紹和分析。（1）option3/option3a/option3xoption3/option3a/option3x部署架構如圖1所示。從上圖的部署架構可以看出，option3系列的3個選項都無需部署5GC，5G基站通過4G基站接入到4G核心網，所以就需要對現網的LTE基站和核心網進行大規模升級，而幾乎所有的運營商都不愿意把錢花在對遲早要淘汰的4G網絡設備升級上。由于其用戶業務數據流的處理方式不同，option3的雙連接受限于LTEPDCP層的處理能力瓶頸，option3a/3x的提出提供了LTE和NR間另外2種雙連接方式。option3a下LTEeNB和NRgNB在用戶面單獨連接核心網EPC，僅在控制面錨定于LTEeNB，其數據鏈路是相對獨立的，所以省去了升級4G基站的煩惱。相比于option3a，option3x將數據分流和聚合功能遷移到NRgNB的PDCP層，NRgNB的處理能力很強，有效避免了LTEPDCP層的處理瓶頸問題。由此可見，選擇option3x優勢明顯，運營商無需對現有LTE網絡升級進行大規模投資，而且不用部署5GC，能最快速度將NR引入現網。但是因為對5G業務支持有限，無法支持uRLLC業務，所以只適用于5G部署初期。（2）option7/option7a/option7xoption7/option7a/option7x部署架構如圖2所示。option7系列相比option3系列最大的變化是引入了5G核心網，支持5G新功能和新業務。由升級后的eLTEeNB提供連續覆蓋，NRgNb提供容量補充。opiton7、option7a和option7x的主要區別在于用戶面的路徑不同，用戶面分別通過eLTEeNB、5GC和NRgNB進行分流。所以和option3系列相似，推薦選擇option7x，由NR作為用戶面錨點，能夠支持5G帶來的高流量和高性能，同時降低了eLTEeNB的用戶面轉發要求和升級改造成本，可作為5G演進中期的部署策略。（3）option4/option4aoption4/option4a部署架構如圖3所示。option4/option4a同樣是支持5GNR和LTE雙連接的部署策略，引入5G核心網，能夠支持5G新業務和新功能。而不同的是，option4系列是由NR作為MN，eLTE作為SN，由NR提供基礎連續覆蓋，由升級后的eLTE提供容量補充，適用于5G網絡演進中后期的部署策略。三、5G商用網絡演進路線建議基于上述章節對于5G網絡架構各選項的對比分析，可以看出SAoption2是5G網絡架構的最終形態，也是各運營商部署策略演進的最終目標。所以5G商用網絡部署可以歸納為選擇“一步登天”和“步步高”兩種演進策略。“一步登天”就是直接選擇獨立部署5G網絡架構，直接選擇option2，實現5GNR的連續覆蓋，實現5G獨立組網架構。此策略顯然對中國電信和中國聯通更有吸引力，因為這兩家運營商在4G網絡時代都沒有多少優勢并沒有“戀戰”的必要，似乎選擇“背水一戰”才符合“絕地反擊”的氣質。加之劃分給中國聯通和中國電信的3.5GHz的5G頻段是國際上最成熟的頻段，其基站設備和產業鏈也十分成熟，成熟的產業鏈勢必降低產品成本從而降低產品價格，選擇SA組網亦可擺脫對原4G網絡設備廠商的依賴重新擇優選擇供貨商，所以這些都可成為獨立建網的先天優勢。“步步高”則是選擇非獨立部署架構，逐步進行網絡演進，即“option3x→（option7x）→（option4）→option2”。雖然NSA是一種過渡方案，主要滿足eMBB的需求，但是5G網絡初期用戶不多，應以解決覆蓋為主，通過充分利用原有的LTE基站廣覆蓋優勢，并且進行快速網絡升級支持5GC下的多種業務類型，確保用戶感知。同時，可根據不同場景的不同業務需求，制定不同的網絡演進路徑，網絡的發展可以自由“增速”和“減速”。中國移動在4G基站站址的儲備量上是其他兩家無法相比的，加之劃分給中國移動的2.6GHz低頻的5G頻段也包含現網的LTED頻段，中國移動只需要進行頻譜重耕后，經過對存量站點簡單的軟、硬件升級即可開通5G基站，可謂占盡速度優勢。四、結語在整個5G商用的推進過程中，中國移動、中國電信和中國聯通三大運營商對自己未來5G網絡的發展和定位一直都有自己明確的考慮，他們各懷雄心壯志，誰也不想走彎路，都想把有限的投資花在刀刃上，畢竟網絡架構的選擇是一個關系到未來競爭格局的關鍵問題。比如中國移動今年啟動了NSA的規模部署，就是為了搶占先機拔得頭籌，繼續擴大在4G時代的領先優勢。顯然中國移動已經做好讓4G網絡和5G網絡長期共存的準備，而中國聯通和中國電信是否有此打算則不好說，成本仍然是困擾他們5G建設的最大難題，而且更重要是如何仰仗5G的“超能力”在5G時代打出漂亮的翻身仗，也許選擇SA組網策略，避免過長的演進路線，更能有助于“彎道超車”。參考文獻：[1]楊旭，肖子玉，邵永平，宋小明.5G網絡部署模式選擇及演進策略[J].電信科學，2018，34（6）：138-146.[2]3GPP.Studyonarchitecturefornextgenerationsystem（release14）：TR23.799V14.0.0[S].2016.[3]R3-161809.AnalysisofmigrationpathstowardsRANfornewRAT[R].2016.[4]3GPP.Studyonnewradioaccesst